Algunas especies de euglenidos, una familia diversificada de organismos unicelulares acuáticos, puede realizar gran amplitud, Deformaciones corporales elegantemente coordinadas. Aunque este comportamiento se conoce desde hace siglos, su función es todavía muy debatida.

Investigadores de SISSA, el Instituto Nacional de Oceanografía y Geofísica Aplicada (OGS), La Scuola Superiore Sant'Anna y la Universitat Politècnica de Catalunya han realizado recientemente un estudio que investiga la motilidad de Euglena Gracilis, un Euglenid, particularmente en su respuesta al confinamiento. En su estudio, publicado en Física de la naturaleza , examinaron las respuestas de Euglena gracilis nadando en entornos de hacinamiento y geometría controlados.

"Los movimientos coordinados de gran amplitud de las células de Euglena, llamado metabolismo, se han descrito durante siglos, y todavía hoy fascinan a los microbiólogos, biofísicos y microscopistas aficionados, "Marino Arroyo, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Hasta donde sabemos, ningún otro organismo unicelular puede moverse con tanta elegancia y coordinación. Todavía, cómo y por qué lo hacen es un misterio. La curiosidad fue lo que nos impulsó a estudiar la motilidad de Euglena ".

Las deformaciones corporales coordinadas y de gran amplitud observadas en Euglena se denominan típicamente `` movimiento euglenoide ''. 'o' metabolismo '. El metabolismo varía mucho entre especies y, a veces, incluso dentro de una especie, que van desde una curva o torsión redondeada y suave hasta ondas peristálticas periódicas y muy concertadas que viajan a lo largo del cuerpo celular.

"Entre los biofísicos, Se pensaba que el metabolismo era una forma de nadar en un líquido, donde viven estas células, Arroyo dijo. Sin embargo, los protistólogos no están convencidos de esta función para el metabolismo, ya que Euglena puede nadar muy rápido batiendo su flagelo, al igual que muchos otros tipos de células. En lugar de, la opinión predominante es que el metabolismo es un vestigio sin función "heredado" de ancestros que utilizaron deformaciones del cuerpo celular para engullir presas grandes. Ver células ejecutando una danza tan hermosa y coordinada, no creíamos que fuera inútil. Nuestro estudio comenzó como un esfuerzo por corroborar tal sentimiento instintivo no científico ".

Los cultivos diluidos de células de Euglena generalmente nadan usando su flagelo y sin cambiar la forma de su cuerpo. Arroyo y sus colegas, sin embargo, observó que a medida que pasaba el tiempo y el fluido bajo el microscopio se evaporaba, su cultivo se volvió más poblado y las células comenzaron a desarrollar metabolismo.

"Inspirado por estas observaciones y los videos de YouTube de aficionados, planteamos la hipótesis de que las deformaciones de las células podrían desencadenarse por el contacto con otras células o límites en un entorno abarrotado, y que bajo estas condiciones, el metabolismo podría ser útil para gatear, en lugar de nadar, "Antonio De Simone, otros investigadores involucrados en el estudio, dijo Phys.org. "Confirmar esta hipótesis fue muy fácil. Tan pronto como presionamos ligeramente las células entre dos superficies de vidrio, o los condujo a capilares delgados, empezaron a realizar metabolismo sistemáticamente, que resultó en el rastreo más rápido por cualquier tipo de celda, hasta donde sabemos, "añadió Giovanni Noselli, el primer autor del estudio.

Una vez que terminaron de probar esta hipótesis, los investigadores comenzaron a comparar el comportamiento de rastreo que observaron en Euglena con el de las células animales, para lo que actualmente se dispone de un mayor número de estudios. Estudios anteriores observaron que las células animales que se arrastran en un tubo delgado tienden a empujar contra sus paredes para avanzar y vencer la resistencia del fluido en el tubo.

"Encontramos eso, gracias a sus deformaciones peristálticas, Euglena puede empujar las paredes o el fluido para avanzar, haciendo del metabolismo un modo notablemente robusto de locomoción confinada, "De Simone dijo." En realidad pueden moverse desplazando muy poco fluido en un modo de propulsión 'sigiloso', y no pueden detenerse incluso si la resistencia hidráulica en el capilar aumenta sustancialmente ".

En sus experimentos, Cauce seco de un río, De Simone, Noselli y su colega Alfred Beran notaron que las células de Euglena podían adaptar su forma de andar a diversos grados de confinamiento. Para realizar este comportamiento, las células podrían estar utilizando un sistema sensorial para detectar el entorno que las rodea y alguna forma de procesamiento de información interna para adaptar su actividad de acuerdo con el grado de confinamiento.

Los investigadores encontraron esta explicación desconcertante, sin embargo, sobre todo teniendo en cuenta que Euglena son células individuales sin sistema nervioso. Para comprender mejor cómo una sola célula Euglena puede controlar un modo de locomoción tan adaptable y robusto, Arroyo y sus colegas modelaron computacionalmente el aparato móvil de las células Euglena, que es esencialmente una envoltura celular estriada.

"Nos preguntamos si su sobre activo, llamado película, responsable de las deformaciones celulares, se adaptaría mecánicamente a las diferentes condiciones mecánicas, Arroyo dijo. Para examinar esto, Desarrollamos un modelo computacional que muestra que la conformidad de los materiales y motores moleculares que componen la envoltura activa de Euglena podría explicar esta adaptabilidad. que en robótica se llama inteligencia mecánica o incorporada ".

Arroyo y sus colegas recopilaron observaciones fascinantes sobre las deformaciones corporales de algunos Euglenids, sugiriendo que este comportamiento podría, en algunos casos, ser provocado por el confinamiento. Además de demostrar una función del metabolismo, su estudio estableció una nueva categoría de rastreadores celulares, que son particularmente rápidos, robusto y adaptable.

"Si gatear por metabolismo es tan ventajoso, cabe preguntarse por qué no se conserva entre otras especies, ", Dijo Arroyo." La respuesta es que requiere una maquinaria intrincada, la película, que es una envoltura estriada hecha de tiras elásticas conectadas por motores moleculares. Esta superficie selectivamente deformable se encuentra en algún lugar entre la pared rígida de las células vegetales y la envoltura fluida de las células animales. Más allá de la biología Creemos que los principios físicos / geométricos subyacentes que permiten cambios de forma de esta envolvente se pueden aplicar a sistemas de ingeniería artificial, p.ej. en robótica blanda ".

El modelo computacional desarrollado por Arroyo y sus colegas finalmente podría arrojar luz sobre la función de los movimientos euglenoides ampliamente documentados. Sus hallazgos sugieren que la adaptabilidad de la marcha de estos organismos no requiere una retroalimentación mecanosensible específica, sino que podría explicarse por la autorregulación mecánica de un sistema motor elástico y extendido.

En su estudio reciente, los investigadores identificaron con éxito una función y los principios operativos detrás de la deformación corporal adaptable de las células de Euglena. Ahora planean investigar más a fondo los mecanismos celulares por los cuales se desencadena el metabolismo y por los cuales se propagan las deformaciones celulares.

"Planeamos examinar el metabolismo en diferentes especies de Euglena, "Dijo DeSimone." Las observaciones preliminares revelan varios sabores del metabolismo. También estamos trabajando en la construcción de materiales y dispositivos artificiales inspirados en la envolvente activa y deformable de las células Euglena ”.

© 2019 Science X Network